从嵌套结构继承：模板和指针

Question

我正在尝试向 C++ 中的嵌套结构添加一些额外的字段，并且设计表明我想通过继承来执行此操作。我收到一个错误，奇怪的是，该错误取决于我使用的是 T* 类型还是 T** 类型。我很困惑，希望有人帮助我了解这里发生的事情。

嵌套结构是 Base::Node，我想向 Base::Node 添加一个字段 b，然后使用 Derived，如 main 中所示。当我将顶部的 #define 设置为 0 时，一切都会编译并正常工作。当我将 #define 更改为 1 时，出现以下编译器错误：

main_inhtest.cpp: In instantiation of ‘Derived<int>’:
main_inhtest.cpp:52:   instantiated from here
main_inhtest.cpp:44: error: conflicting return type specified for ‘Derived<T>::DNode** Derived<T>::GetNAddr() [with T = int]’
main_inhtest.cpp:24: error:   overriding ‘Base<T>::Node** Base<T>::GetNAddr() [with T = int]’
main_inhtest.cpp: In member function ‘Derived<T>::DNode** Derived<T>::GetNAddr() [with T = int]’:
main_inhtest.cpp:57:   instantiated from here
main_inhtest.cpp:44: error: invalid static_cast from type ‘Base<int>::Node**’ to type ‘Derived<int>::DNode**’

有人可以帮助我理解

1. 这是否是执行此操作的正确方法，以及是否有更好的方法，以及

2. 为什么编译器对 GetN() 方法感到满意，但对 GetNAddr() 方法不满意？

谢谢！

#include <iostream>

#define TRY_GET_N_ADDR 1

template <typename T> class Base {
public:
  Base() { n = new Node(); }

  struct Node
  {
    T a;
  };      
  virtual Node *GetN() { return n; }
  virtual Node **GetNAddr() { return &n; }  

  Node *n;
};

template <typename T> class Derived : public Base<T> {
public:
  Derived() { Base<T>::n = new DNode(); }

  struct DNode : Base<T>::Node
  {
    T b;
  };

  // This method is fine
  DNode *GetN() { return static_cast<DNode *>(Base<T>::GetN()); }

#if TRY_GET_N_ADDR
  // Compiler error here
  DNode **GetNAddr() { return static_cast<DNode **>(Base<T>::GetNAddr()); }
#endif
};

int main (int argc, const char * argv[]) {
  Derived<int> d;

  d.GetN()->a = 1;
  d.GetN()->b = 2;

  std::cout << d.GetN()->a << " " << d.GetN()->b << std::endl;
}

Answer 1

问题不在于嵌套结构或模板，而在于指向指针的指针和继承：

• Base* 可以保存 Derived* 的实例，因此 Base* 可以向下转换为 Derived*。
• Base** 不能保存 Derived** 的实例，因此不能向下转换为 Derived**。

如果 Base** 可以保存 Derived 数组，您可以执行以下操作：

Derived* pDerived;
Derived** ppDerived = &pDerived;
Base** ppBase = ppDerived; // not allowed in real world
*ppBase = new Base;        // should be safe, right?
pDerived->derivedFunc();   // invoked on instance of Base!

最后一行将导致一些任意错误。因此，不允许进行此类分配。

Answer 2

回答你的第二个问题：

如果你重写虚拟函数，签名必须匹配。此规则的唯一例外是，如果在基类中函数返回对某个类 B 的指针或引用，则重写方法可以返回对类型 D 的指针或引用code> 其中 D 源自 B（这称为返回类型协方差）。话虽如此，您必须清楚为什么 GetN 可以工作 - DNode 派生自 Node 并且基类函数返回一个 Node * 并且重写器返回 DNode*。

现在让我们看看GetNAddr。基类方法返回一个 Node** 或 指向 Node* 的指针。您可以在派生类的重写函数中更改此返回类型如果它要返回从 Node 派生的内容*。但这自然是不可能的，因为指针不能有派生类。 DNode* 不是从 Node* 派生的 - 因此编译器会抱怨